Особенности диэлектрического спектра воды в катионзамещённых каолинитах
Лунёв Иван Владимирович
Казанский государственный университет

Научный руководитель: Гусев Юрий Александрович, Кандидат физико-математических наук
Соавторы: Гусев Юрий Александрович, Сараев Денис Владимирович

Физические эффекты, проявляющиеся при взаимодействии воды с глинистыми минералами, играют важную роль в ряде областей строительства, геодезии, нефтедобывающей промышленности и других сферах. Крайне важно получить информацию о взаимодействии приповерхностных молекул воды с молекулярной структурой глинозёмов. Применение эффектов насыщения глин водой до "связывания" больших объёмов Н2О, широко используется в строительстве. Несмотря на широкое практическое применение этих эффектов в разных областях промышленности, механизм взаимодействия глин с водой на молекулярном и промежуточном (мезоскопическом) уровнях на настоящий момент изучен недостаточно.

Важную информацию о характере взаимодействия воды с глиноземом на мезоскопическом уровне могут дать данные диэлектрической спектроскопии [1]. Нами были получены низкочастотные спектры диэлектрической релаксации в системе "глина-вода" для различных концентраций Н2О (12% , 33% , 52% , 75% , 92% Н2О) при температуре 22оС.

Образцы глин - глуховецкий каолинит Са, К, Ва, были приготовлены в лаборатории дисперсных систем сотрудниками академика Овчаренко Ф.Д. в ИКХХВ (Украина, Киев) согласно методике [2].

На рис. 1 представлены результаты измерения мнимой части спектра диэлектрической проницаемости для каолинита Ca.

 

 

 

рис. 1 Мнимая часть диэлектрической проницаемости при различной влажности. Сплошные линии

теоретические кривые

Чтобы интерпретировать экспериментальные данные (см. рис.1) мы используем модель фрактальной среды, предложенной в [3]. Экспериментальные данные, мы аппроксимируем теоретическими формулами с использованием метода наименьших квадратов (МНК).

, (1)

где

(2)

Используя МНК, мы нашли параметры A , B , 1-n и 1-m аппроксимируя экспериментальные данные формулой (1). Зависимости параметров 1-n и 1-m как функции влажности представлены на рис. 2.

 

 

 

 

рис. 2. Зависимости показателей 1-n и 1-m от влажности.

В результате этой работы обнаружено радикальное отличие свойств связанной воды от свойств воды в свободном объеме, как отмечалось в [3]. Это отличие обусловлено взаимодействием воды с поверхностью порового пространства и фрактальными свойствами поверхности этого пространства [4].

Список литературы

[1] M. Shahidi, J. B. Hasted, and A. K. Jonsher // Nature.1975. Vol. 258. № 5536. P.595-597.

[2] Ф. Д. Овчаренко. Гидрофильность глин и глинистых минералов. Киев. 1961. 292с.

[3] Alain Le Mehaute, Raoul R. Nigmatullin et Laurent Nivanen "Fleches du temps et geometrie fractale", Paris, Hermes, 1998.

[4] Yu.D. Feldman, R.R Nigmatullin., E. Polygalov., Phys. Rev. E//,Vol. 58 ,P.7561, 1998.

(c) АСФ России, 2001